JP5101866B2 - Fuel cell - Google Patents

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Description

本発明は、電解質の両側に電極を配設した電解質・電極構造体を一対のセパレータで挟持するとともに、電極面方向に沿って延在する反応ガス流路と、積層方向に貫通して反応ガスを流す反応ガス連通孔とを設ける燃料電池に関する。   In the present invention, an electrolyte / electrode structure having electrodes disposed on both sides of an electrolyte is sandwiched between a pair of separators, and a reaction gas channel extending along the electrode surface direction and a reaction gas penetrating in the stacking direction are provided. It is related with the fuel cell which provides the reactive gas communication hole which flows.

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜を採用している。この燃料電池では、固体高分子電解質膜の両側に、それぞれ電極触媒層と多孔質カーボンからなるアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）を、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持することにより発電セルが構成されている。通常、この発電セルを所定数だけ積層した燃料電池スタックが使用されている。   For example, a solid polymer fuel cell employs a solid polymer electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane. In this fuel cell, an electrolyte membrane / electrode structure (electrolyte / electrode structure) in which an anode catalyst electrode and a cathode electrode made of porous carbon are disposed on both sides of a solid polymer electrolyte membrane, respectively. A power generation cell is configured by being sandwiched between separators (bipolar plates). Usually, a fuel cell stack in which a predetermined number of the power generation cells are stacked is used.

一般的に、燃料電池は、セパレータの積層方向に貫通する入口連通孔及び出口連通孔が設けた、所謂、内部マニホールドを構成している。そして、燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体は、それぞれの入口連通孔から燃料ガス流路、酸化剤ガス流路及び冷却媒体流路に供給された後、それぞれの出口連通孔に排出されている。   Generally, a fuel cell constitutes a so-called internal manifold in which an inlet communication hole and an outlet communication hole penetrating in the stacking direction of the separator are provided. The fuel gas, the oxidant gas, and the cooling medium are supplied from the respective inlet communication holes to the fuel gas flow path, the oxidant gas flow path, and the cooling medium flow path, and then discharged to the respective outlet communication holes. .

例えば、特許文献１に開示されているプロセス制御装置では、図２２に示すように、互いに平行に配置される２つの板１ａ、１ｂを重ね合わせてユニット２と交互に積層されている。ユニット２は、ＭＥＡ２ａを陽極２ｂ及び陰極２ｃで挟持するとともに、これらが一対の接触板２ｄに挟持されて構成されている。   For example, in the process control apparatus disclosed in Patent Document 1, as shown in FIG. 22, two plates 1 a and 1 b arranged in parallel to each other are stacked and alternately stacked with the unit 2. The unit 2 is configured such that the MEA 2a is sandwiched between the anode 2b and the cathode 2c, and these are sandwiched between a pair of contact plates 2d.

板１ａとユニット２との間に第１室３ａが形成され、板１ｂと前記ユニット２との間に第２室３ｂが形成され、前記板１ａ、１ｂ間に第３室３ｃが形成されている。板１ａ、１ｂの端部には、パッキン４を介して積層方向に連通孔５が形成される。   A first chamber 3a is formed between the plate 1a and the unit 2, a second chamber 3b is formed between the plate 1b and the unit 2, and a third chamber 3c is formed between the plates 1a and 1b. Yes. Communication holes 5 are formed in the stacking direction via packings 4 at the ends of the plates 1a and 1b.

この連通孔５は、板１ａ、１ｂ間に形成される流路６を介して、例えば、第２室３ｂに連通している。図示していないが、積層方向には、他の２つの連通孔が設けられ、他の連通孔は、板１ａ、１ｂ間の流路を介して第１室３ａ及び第３室３ｃにそれぞれ連通している。   The communication hole 5 communicates with, for example, the second chamber 3b via a flow path 6 formed between the plates 1a and 1b. Although not shown in the drawings, two other communication holes are provided in the stacking direction, and the other communication holes communicate with the first chamber 3a and the third chamber 3c through a flow path between the plates 1a and 1b, respectively. is doing.

特開平６−２１８２７５号公報（図５）JP-A-6-218275 (FIG. 5)

上記の特許文献１では、積層方向に形成されている連通孔５を第２室３ｂに連通するための流路６を形成するために、板１ｂには、孔部７が設けられている。同様に、他の２つの連通孔を第１室３ａ及び第３室３ｃにそれぞれ連通するために、板１ａ、１ｂには、それぞれ図示しない孔部が設けられている。   In Patent Document 1 described above, a hole 7 is provided in the plate 1b in order to form a flow path 6 for communicating the communication hole 5 formed in the stacking direction with the second chamber 3b. Similarly, in order to communicate the other two communication holes with the first chamber 3a and the third chamber 3c, the plates 1a and 1b are provided with holes not shown, respectively.

しかしながら、上記のように、セパレータである板１ａ、１ｂに複数の孔部７等を形成するため、各セパレータの加工工数が増加するとともに、前記セパレータの構造が複雑化するという問題がある。しかも、金属セパレータが使用される際には、孔部周辺に金属部分が露出するため、この孔部周辺に絶縁処理を施す必要がある。これにより、金属セパレータの作業工数が増大し、経済的ではないという問題がある。   However, as described above, since the plurality of holes 7 and the like are formed in the plates 1a and 1b, which are separators, there are problems that the number of processing steps for each separator increases and the structure of the separator is complicated. In addition, when a metal separator is used, the metal portion is exposed around the hole portion, so that it is necessary to perform an insulation treatment around the hole portion. Thereby, the man-hour of a metal separator increases and there exists a problem that it is not economical.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、セパレータの構成を有効に簡素化するとともに、作業工数の削減を図って経済的に得ることが可能な燃料電池を提供することを目的とする。   The present invention solves this type of problem, and aims to provide a fuel cell that can be obtained economically by simplifying the configuration of the separator and reducing the number of work steps. .

本発明は、電解質の両側に電極を配設した電解質・電極構造体を一対のセパレータで挟持するとともに、前記電解質・電極構造体と前記セパレータとの間に設けられ、電極面方向に沿って延在する反応ガス流路と、該セパレータを積層方向に貫通して反応ガスを流す反応ガス連通孔とを設ける燃料電池に関するものである。そして、電解質・電極構造体には、積層方向に貫通し反応ガス連通孔と反応ガス流路とを連通する孔部が形成されている。   In the present invention, an electrolyte / electrode structure having electrodes disposed on both sides of an electrolyte is sandwiched between a pair of separators, and is provided between the electrolyte / electrode structure and the separator and extends along the electrode surface direction. The present invention relates to a fuel cell provided with an existing reaction gas flow path and a reaction gas communication hole through which the reaction gas flows through the separator in the stacking direction. The electrolyte / electrode structure is formed with a hole that penetrates in the stacking direction and communicates the reaction gas communication hole and the reaction gas channel.

また、孔部は、電解質・電極構造体の電極発電領域外に設けられることが好ましい。   The hole is preferably provided outside the electrode power generation region of the electrolyte / electrode structure.

さらに、本発明は、電解質の両側にアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質・電極構造体を第１セパレータ及び第２セパレータで挟持するとともに、前記アノード側電極の電極面方向に沿って延在する燃料ガス流路と、前記カソード側電極の電極面方向に沿って延在する酸化剤ガス流路と、積層方向に貫通して燃料ガスを流す燃料ガス連通孔と、前記積層方向に貫通して酸化剤ガスを流す酸化剤ガス連通孔とを設ける燃料電池に関するものである。   Furthermore, the present invention sandwiches an electrolyte / electrode structure in which an anode side electrode and a cathode side electrode are disposed on both sides of an electrolyte between the first separator and the second separator, and extends along the electrode surface direction of the anode side electrode. An extending fuel gas channel, an oxidant gas channel extending along the electrode surface direction of the cathode-side electrode, a fuel gas communication hole through which fuel gas flows in the stacking direction, and in the stacking direction The present invention relates to a fuel cell provided with an oxidant gas communication hole through which an oxidant gas flows.

そして、電解質・電極構造体には、積層方向に貫通し燃料ガス連通孔をカソード側電極側から燃料ガス流路に連通する第１孔部と、前記積層方向に貫通し酸化剤ガス連通孔をアノード側電極側から酸化剤ガス流路に連通する第２孔部とが形成されている。   The electrolyte / electrode structure has a first hole portion penetrating in the stacking direction and communicating with the fuel gas communication hole from the cathode side electrode side to the fuel gas flow path, and an oxidant gas communication hole penetrating in the stacking direction. A second hole communicating with the oxidant gas flow path from the anode side electrode side is formed.

さらにまた、第１孔部及び第２孔部は、電解質・電極構造体の電極発電領域外に設けられることが好ましい。   Furthermore, the first hole and the second hole are preferably provided outside the electrode power generation region of the electrolyte / electrode structure.

本発明では、電解質・電極構造体には、積層方向に貫通し反応ガス連通孔と反応ガス流路とを連通する孔部が形成されている。このため、電解質・電極構造体を挟持する一対のセパレータには、反応ガスを通すための孔部を形成する必要がなく、前記セパレータの構成が有効に簡素化する。これにより、セパレータの加工工数の削減を図ることができ、前記セパレータを経済的に得ることが可能になる。   In the present invention, the electrolyte / electrode structure is formed with a hole that penetrates in the stacking direction and communicates the reaction gas communication hole and the reaction gas channel. For this reason, it is not necessary to form a hole for passing the reaction gas in the pair of separators sandwiching the electrolyte / electrode structure, and the configuration of the separator is effectively simplified. Thereby, the processing man-hours of the separator can be reduced, and the separator can be obtained economically.

また、本発明では、電解質・電極構造体には、燃料ガス連通孔をカソード側電極側から燃料ガス流路に連通する第１孔部と、酸化剤ガス連通孔をアノード側電極側から酸化剤ガス流路に連通する第２孔部とが形成されている。従って、第１セパレータ及び第２セパレータには、第１孔部及び第２孔部を形成する必要がなく、前記第１セパレータ及び前記第２セパレータの構成が簡素化して経済的に製造することができる。   In the present invention, the electrolyte / electrode structure includes a first hole portion for communicating the fuel gas communication hole from the cathode side electrode side to the fuel gas flow path, and the oxidant gas communication hole from the anode side electrode side to the oxidant. A second hole communicating with the gas flow path is formed. Therefore, it is not necessary to form the first hole and the second hole in the first separator and the second separator, and the configuration of the first separator and the second separator can be simplified and economically manufactured. it can.

図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池１０を構成する発電セル１２の分解斜視説明図である。図２は、燃料電池１０の、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面説明図であり、図３は、前記燃料電池１０の、図１中、ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面説明図であり、図４は、前記燃料電池１０の、図１中、ＩＶ−ＩＶ線断面説明図である。   FIG. 1 is an exploded perspective view of a power generation cell 12 constituting a fuel cell 10 according to the first embodiment of the present invention. 2 is a sectional view taken along the line II-II in FIG. 1 of the fuel cell 10, FIG. 3 is a sectional view taken along the line III-III in FIG. 1 of the fuel cell 10, and FIG. FIG. 4 is a sectional view of the fuel cell 10 taken along line IV-IV in FIG. 1.

燃料電池１０は、複数の発電セル１２を矢印Ａ方向に積層しており、各発電セル１２は、図１に示すように、電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）１４を第１セパレータ１６及び第２セパレータ１８で挟持する。第１セパレータ１６及び第２セパレータ１８は、例えば、カーボンセパレータや金属セパレータで構成されるとともに、横長な長方形状を有している。   The fuel cell 10 has a plurality of power generation cells 12 stacked in the direction of arrow A, and each power generation cell 12 has an electrolyte membrane / electrode structure (electrolyte / electrode structure) 14 as a first as shown in FIG. It is sandwiched between the separator 16 and the second separator 18. The first separator 16 and the second separator 18 are made of, for example, a carbon separator or a metal separator and have a horizontally long rectangular shape.

電解質膜・電極構造体１４は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜（電解質）２０と、前記固体高分子電解質膜２０を挟持するカソード側電極２２及びアノード側電極２４とを備える。カソード側電極２２及びアノード側電極２４は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層（図示せず）と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子を前記ガス拡散層の表面に一様に塗布して形成された電極触媒層（図示せず）とを有する。   The electrolyte membrane / electrode structure 14 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane (electrolyte) 20 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water, a cathode side electrode 22 and an anode sandwiching the solid polymer electrolyte membrane 20 Side electrode 24. The cathode side electrode 22 and the anode side electrode 24 are uniformly coated on the surface of the gas diffusion layer with a gas diffusion layer (not shown) made of carbon paper or the like and porous carbon particles carrying a platinum alloy on the surface. And an electrode catalyst layer (not shown).

電解質膜・電極構造体１４では、固体高分子電解質膜２０が、カソード側電極２２及びアノード側電極２４の表面積よりも大きな表面積を有しており、前記固体高分子電解質膜２０の外方に突出する四辺には、樹脂枠部２６が両面から設けられる。樹脂枠部２６は、固体高分子電解質膜２０の外周縁部両面に樹脂材を含浸することにより構成される。   In the electrolyte membrane / electrode structure 14, the solid polymer electrolyte membrane 20 has a surface area larger than the surface area of the cathode side electrode 22 and the anode side electrode 24, and protrudes outward from the solid polymer electrolyte membrane 20. Resin frame portions 26 are provided on both sides of the four sides. The resin frame portion 26 is configured by impregnating a resin material on both outer peripheral edge portions of the solid polymer electrolyte membrane 20.

樹脂枠部２６の矢印Ｂ方向一端側上部には、燃料ガス用の第１供給孔部２８ａが複数形成されるとともに、矢印Ｂ方向他端側下部には、燃料ガス用の第１排出孔部２８ｂが複数形成される。樹脂枠部２６の矢印Ｂ方向他端側上部には、酸化剤ガス用の第２供給孔部３０ａが複数形成されるとともに、矢印Ｂ方向一端側下部には、酸化剤ガス用の第２排出孔部３０ｂが複数形成される。   A plurality of first supply holes 28a for fuel gas are formed in the upper part on one end side in the arrow B direction of the resin frame 26, and a first discharge hole part for fuel gas is formed in the lower part on the other end side in the arrow B direction. A plurality of 28b are formed. A plurality of second supply holes 30a for the oxidant gas are formed in the upper part on the other end side in the arrow B direction of the resin frame portion 26, and a second discharge for the oxidant gas is provided in the lower part on one end side in the arrow B direction. A plurality of hole portions 30b are formed.

第１セパレータ１６及び第２セパレータ１８の矢印Ｂ方向の一端縁部には、積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔３２ａ、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔３４ｂ、及び酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔３６ｂが、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に配列して設けられる。   Fuel gas inlet communication for supplying a fuel gas, for example, a hydrogen-containing gas, is communicated with one end edge of the first separator 16 and the second separator 18 in the direction of arrow B in the direction of arrow A, which is the stacking direction. The holes 32a, the cooling medium outlet communication holes 34b for discharging the cooling medium, and the oxidant gas outlet communication holes 36b for discharging the oxidant gas, for example, the oxygen-containing gas, are arranged in the arrow C direction (vertical direction). Provided.

第１セパレータ１６及び第２セパレータ１８の矢印Ｂ方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔３６ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔３４ａ、及び燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔３２ｂが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。燃料ガスの流れ方向と酸化剤ガスの流れ方向とは、互いに逆方向（対向流）に設定されるとともに、冷却媒体の流れ方向は、例えば、前記酸化剤ガスの流れ方向と平行流に設定される。   The other end edge of the first separator 16 and the second separator 18 in the direction of arrow B communicates with each other in the direction of arrow A, and supplies an oxidant gas inlet communication hole 36a for supplying an oxidant gas, and a cooling medium. A cooling medium inlet communication hole 34a for discharging the fuel gas and a fuel gas outlet communication hole 32b for discharging the fuel gas are arranged in the direction of arrow C. The flow direction of the fuel gas and the flow direction of the oxidant gas are set in opposite directions (counterflow), and the flow direction of the cooling medium is set in parallel with the flow direction of the oxidant gas, for example. The

第１セパレータ１６の電解質膜・電極構造体１４に向かう面１６ａには、酸化剤ガス流路３８が形成される。面１６ａには、例えば、ガスケット等の内側シール部材４０ａと、前記内側シール部材４０ａを周回する外側シール部材４０ｂとが設けられる。   An oxidant gas flow path 38 is formed on the surface 16 a of the first separator 16 facing the electrolyte membrane / electrode structure 14. For example, an inner seal member 40a such as a gasket and an outer seal member 40b that goes around the inner seal member 40a are provided on the surface 16a.

内側シール部材４０ａは、酸化剤ガス流路３８を囲繞する一方、外側シール部材４０ｂは、燃料ガス入口連通孔３２ａ、冷却媒体出口連通孔３４ｂ、酸化剤ガス入口連通孔３６ａ、酸化剤ガス出口連通孔３６ｂ、冷却媒体入口連通孔３４ａ及び燃料ガス出口連通孔３２ｂを囲繞する。   The inner seal member 40a surrounds the oxidant gas flow path 38, while the outer seal member 40b includes the fuel gas inlet communication hole 32a, the cooling medium outlet communication hole 34b, the oxidant gas inlet communication hole 36a, and the oxidant gas outlet communication. The hole 36b, the cooling medium inlet communication hole 34a, and the fuel gas outlet communication hole 32b are surrounded.

外側シール部材４０ｂは、燃料ガス入口連通孔３２ａ及び燃料ガス出口連通孔３２ｂを囲繞する部分をそれぞれ内方に拡大することにより、入口連通部４２ａ及び出口連通部４２ｂを形成する。入口連通部４２ａは、電解質膜・電極構造体１４の第１供給孔部２８ａに積層方向に連通するとともに、出口連通部４２ｂは、前記電解質膜・電極構造体１４の第１排出孔部２８ｂに積層方向に連通する。   The outer seal member 40b forms an inlet communication portion 42a and an outlet communication portion 42b by enlarging the portions surrounding the fuel gas inlet communication hole 32a and the fuel gas outlet communication hole 32b inward. The inlet communication portion 42a communicates with the first supply hole portion 28a of the electrolyte membrane / electrode structure 14 in the stacking direction, and the outlet communication portion 42b communicates with the first discharge hole portion 28b of the electrolyte membrane / electrode structure 14. Communicate in the stacking direction.

第１セパレータ１６の面１６ｂには、図５に示すように、冷却媒体入口連通孔３４ａ及び冷却媒体出口連通孔３４ｂに連通する冷却媒体流路４４が形成される。この面１６ｂには、冷却媒体入口連通孔３４ａ及び冷却媒体出口連通孔３４ｂを冷却媒体流路４４に連通するためのシール部材４６が設けられる。   As shown in FIG. 5, a cooling medium flow path 44 communicating with the cooling medium inlet communication hole 34 a and the cooling medium outlet communication hole 34 b is formed on the surface 16 b of the first separator 16. The surface 16 b is provided with a seal member 46 for communicating the cooling medium inlet communication hole 34 a and the cooling medium outlet communication hole 34 b with the cooling medium flow path 44.

第２セパレータ１８の電解質膜・電極構造体１４に向かう面１８ａには、図６に示すように、燃料ガス流路４８が形成される。この燃料ガス流路４８は、内側シール部材５０ａによって周回されるとともに、前記内側シール部材５０ａの外方には、外側シール部材５０ｂが設けられる。   As shown in FIG. 6, a fuel gas channel 48 is formed on the surface 18 a of the second separator 18 facing the electrolyte membrane / electrode structure 14. The fuel gas channel 48 is circulated by an inner seal member 50a, and an outer seal member 50b is provided outside the inner seal member 50a.

外側シール部材５０ｂは、酸化剤ガス入口連通孔３６ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３６ｂを周回する部分を内方に拡大することにより、入口連通部５４ａ及び出口連通部５４ｂを形成する。入口連通部５４ａは、電解質膜・電極構造体１４の第２供給孔部３０ａと積層方向に連通する一方、出口連通部５４ｂは、前記電解質膜・電極構造体１４の第２排出孔部３０ｂと積層方向に連通している。   The outer seal member 50b forms an inlet communication portion 54a and an outlet communication portion 54b by expanding inward the portions around the oxidant gas inlet communication hole 36a and the oxidant gas outlet communication hole 36b. The inlet communication portion 54a communicates with the second supply hole portion 30a of the electrolyte membrane / electrode structure 14 in the stacking direction, while the outlet communication portion 54b communicates with the second discharge hole portion 30b of the electrolyte membrane / electrode structure 14. It communicates in the stacking direction.

なお、内側シール部材４０ａ、５０ａ、外側シール部材４０ｂ、５０ｂ及びシール部材４６は、同一の材料で形成されており、例えば、ＥＰＤＭ（エチレン−プロピレンゴム）、シリコーンゴム、ニトリルゴム又はアクリルゴムで構成される。   The inner seal members 40a and 50a, the outer seal members 40b and 50b, and the seal member 46 are made of the same material, and are made of, for example, EPDM (ethylene-propylene rubber), silicone rubber, nitrile rubber, or acrylic rubber. Is done.

このように構成される燃料電池１０の動作について、以下に説明する。   The operation of the fuel cell 10 configured as described above will be described below.

図１に示すように、燃料ガス入口連通孔３２ａには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給されるとともに、酸化剤ガス入口連通孔３６ａには、酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔３４ａには、純水やエチレングリコール等の冷却媒体が供給される。   As shown in FIG. 1, a fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied to the fuel gas inlet communication hole 32a, and an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gas inlet communication hole 36a. The Further, a cooling medium such as pure water or ethylene glycol is supplied to the cooling medium inlet communication hole 34a.

燃料ガス入口連通孔３２ａに供給された燃料ガスは、第１セパレータ１６の入口連通部４２ａに導入される。そして、燃料ガスは、カソード側電極２２側から入口連通部４２ａに積層方向に連通する第１供給孔部２８ａを通って第２セパレータ１８の燃料ガス流路４８に供給される（図２参照）。   The fuel gas supplied to the fuel gas inlet communication hole 32 a is introduced into the inlet communication portion 42 a of the first separator 16. Then, the fuel gas is supplied from the cathode side electrode 22 side to the fuel gas channel 48 of the second separator 18 through the first supply hole portion 28a communicating with the inlet communication portion 42a in the stacking direction (see FIG. 2). .

燃料ガスは、燃料ガス流路４８に沿って矢印Ｂ方向に移動した後、第１排出孔部２８ｂを通って電解質膜・電極構造体１４を通過する。さらに、燃料ガスは、第１セパレータ１６の出口連通部４２ｂに導入され、燃料ガス出口連通孔３２ｂに沿って排出される。   The fuel gas moves in the direction of arrow B along the fuel gas flow path 48, and then passes through the electrolyte membrane / electrode structure 14 through the first discharge hole 28b. Further, the fuel gas is introduced into the outlet communication portion 42b of the first separator 16 and discharged along the fuel gas outlet communication hole 32b.

一方、酸化剤ガス入口連通孔３６ａに供給された酸化剤ガスは、第２セパレータ１８の面１８ａ側で、すなわち、アノード側電極２４側で入口連通部５４ａに導入される。次に、酸化剤ガスは、入口連通部５４ａに積層方向に連通する第２供給孔部３０ａを通って酸化剤ガス流路３８に供給される（図３参照）。   On the other hand, the oxidant gas supplied to the oxidant gas inlet communication hole 36a is introduced into the inlet communication part 54a on the surface 18a side of the second separator 18, that is, on the anode side electrode 24 side. Next, the oxidant gas is supplied to the oxidant gas flow path 38 through the second supply hole 30a communicating with the inlet communication portion 54a in the stacking direction (see FIG. 3).

酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路３８に沿って矢印Ｂ方向に移動した後、電解質膜・電極構造体１４に設けられている第２排出孔部３０ｂを通って第２セパレータ１８の出口連通部５４ｂに導入される。さらに、酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔３６ｂに沿って排出される。   The oxidant gas moves in the direction of arrow B along the oxidant gas flow path 38, and then passes through the second discharge hole 30b provided in the electrolyte membrane / electrode structure 14 to communicate with the outlet of the second separator 18. Part 54b is introduced. Further, the oxidant gas is discharged along the oxidant gas outlet communication hole 36b.

これにより、電解質膜・電極構造体１４では、アノード側電極２４に供給される燃料ガスと、カソード側電極２２に供給される酸化剤ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。   Thereby, in the electrolyte membrane / electrode structure 14, the fuel gas supplied to the anode side electrode 24 and the oxidant gas supplied to the cathode side electrode 22 are consumed by an electrochemical reaction in the electrode catalyst layer, Power generation is performed.

また、冷却媒体入口連通孔３４ａに供給された冷却媒体は、第１セパレータ１６と第２セパレータ１８との間に形成される冷却媒体流路４４に導入される（図４参照）。このため、冷却媒体は、矢印Ｂ方向に移動しながら電解質膜・電極構造体１４を冷却した後、冷却媒体出口連通孔３４ｂに排出される。   Further, the cooling medium supplied to the cooling medium inlet communication hole 34a is introduced into the cooling medium flow path 44 formed between the first separator 16 and the second separator 18 (see FIG. 4). For this reason, the cooling medium cools the electrolyte membrane / electrode structure 14 while moving in the arrow B direction, and then is discharged to the cooling medium outlet communication hole 34b.

この場合、第１の実施形態では、電解質膜・電極構造体１４には、燃料ガス入口連通孔３２ａ及び燃料ガス出口連通孔３２ｂを、カソード側電極２２側から燃料ガス流路４８に連通する第１供給孔部２８ａ及び第１排出孔部２８ｂが形成されている。さらに、電解質膜・電極構造体１４には、酸化剤ガス入口連通孔３６ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３６ｂを、アノード側電極２４側から酸化剤ガス流路３８に連通する第２供給孔部３０ａ及び第２排出孔部３０ｂが形成されている。   In this case, in the first embodiment, in the electrolyte membrane / electrode structure 14, the fuel gas inlet communication hole 32 a and the fuel gas outlet communication hole 32 b are connected to the fuel gas flow channel 48 from the cathode side electrode 22 side. A first supply hole 28a and a first discharge hole 28b are formed. Further, in the electrolyte membrane / electrode structure 14, an oxidant gas inlet communication hole 36 a and an oxidant gas outlet communication hole 36 b are connected to the oxidant gas flow path 38 from the anode side electrode 24 side by a second supply hole 30 a. And the 2nd discharge hole part 30b is formed.

従って、第１セパレータ１６及び第２セパレータ１８には、燃料ガス及び酸化剤ガスを通すための孔部（第１供給孔部２８ａ、第１排出孔部２８ｂ、第２供給孔部３０ａ及び第２排出孔部３０ｂに相当する）を形成する必要がない。   Accordingly, the first separator 16 and the second separator 18 have holes (first supply hole 28a, first discharge hole 28b, second supply hole 30a, and second hole through which fuel gas and oxidant gas pass. There is no need to form a discharge hole 30b.

これにより、第１セパレータ１６及び第２セパレータ１８の構成が有効に簡素化され、前記第１セパレータ１６及び前記第２セパレータ１８の加工工数の削減を図ることができ、経済的であるという効果が得られる。特に、第１セパレータ１６及び第２セパレータ１８が、金属セパレータで構成される際には、孔部形成によって外部に露呈する金属部分に絶縁処理を施す必要がなく、前記金属セパレータの製造工数が大幅に削減されて経済的であるという利点がある。   Thereby, the structure of the 1st separator 16 and the 2nd separator 18 is simplified effectively, the reduction of the processing man-hour of the said 1st separator 16 and the said 2nd separator 18 can be aimed at, and there exists an effect that it is economical. can get. In particular, when the first separator 16 and the second separator 18 are formed of metal separators, it is not necessary to insulate the metal portions exposed to the outside due to the formation of the holes, which greatly increases the man-hours for manufacturing the metal separators. This has the advantage of being economical.

図７は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を構成する電解質膜・電極構造体１４ａの正面説明図であり、図８は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池を構成する電解質膜・電極構造体１４ｂの正面説明図である。   FIG. 7 is an explanatory front view of the electrolyte membrane / electrode structure 14a constituting the fuel cell according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 8 shows the fuel cell according to the third embodiment of the present invention. It is front explanatory drawing of the electrolyte membrane and electrode structure 14b to comprise.

なお、第１の実施形態に係る燃料電池１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第４〜８の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。   The same components as those of the fuel cell 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Similarly, in the fourth to eighth embodiments described below, detailed description thereof is omitted.

電解質膜・電極構造体１４ａでは、図７に示すように、矢印Ｂ方向両端部に固体高分子電解質膜２０の端部を覆って樹脂枠部２６ａ、２６ｂが設けられる。樹脂枠部２６ａには、第１供給孔部２８ａ及び第２排出孔部３０ｂが形成されるとともに、樹脂枠部２６ｂには、第２供給孔部３０ａ及び第１排出孔部２８ｂが形成される。   In the electrolyte membrane / electrode structure 14a, as shown in FIG. 7, resin frame portions 26a and 26b are provided at both ends of the arrow B direction so as to cover the ends of the solid polymer electrolyte membrane 20. The resin frame 26a is formed with a first supply hole 28a and a second discharge hole 30b, and the resin frame 26b is formed with a second supply hole 30a and a first discharge hole 28b. .

電解質膜・電極構造体１４ｂでは、図８に示すように、固体高分子電解質膜２０の四隅に対応して樹脂枠部２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ及び２６ｆが設けられる。樹脂枠部２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ及び２６ｆには、それぞれ第１供給孔部２８ａ、第２排出孔部３０ｂ、第１排出孔部２８ｂ及び第２供給孔部３０ａが形成される。   In the electrolyte membrane / electrode structure 14b, resin frame portions 26c, 26d, 26e and 26f are provided corresponding to the four corners of the solid polymer electrolyte membrane 20, as shown in FIG. A first supply hole 28a, a second discharge hole 30b, a first discharge hole 28b, and a second supply hole 30a are formed in the resin frame portions 26c, 26d, 26e, and 26f, respectively.

このように構成される電解質膜・電極構造体１４ａ、１４ｂでは、上記の電解質膜・電極構造体１４と同様の効果が得られる。なお、樹脂枠部２６ａ〜２６ｆは、固体高分子電解質膜２０の両面に樹脂材を含浸させることにより構成されているが、これに限定されるものではない。例えば、カソード側電極２２及びアノード側電極２４を構成するガス拡散層（図示せず）に樹脂材を含浸させて構成してもよい。   In the electrolyte membrane / electrode structure 14a, 14b configured as described above, the same effects as those of the electrolyte membrane / electrode structure 14 can be obtained. In addition, although resin frame part 26a-26f is comprised by impregnating the resin material on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 20, it is not limited to this. For example, a gas diffusion layer (not shown) constituting the cathode side electrode 22 and the anode side electrode 24 may be impregnated with a resin material.

図９は、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池を構成する発電セル６０の分解斜視説明図である。   FIG. 9 is an exploded perspective view of the power generation cell 60 constituting the fuel cell according to the fourth embodiment of the present invention.

発電セル６０を構成する電解質膜・電極構造体６２は、固体高分子電解質膜２０ａと、前記固体高分子電解質膜２０ａと同一の表面積を有して該固体高分子電解質膜２０ａを挟持するアノード側電極２４ａ及びカソード側電極２２ａとを備える。   The electrolyte membrane / electrode structure 62 constituting the power generation cell 60 includes a solid polymer electrolyte membrane 20a and an anode side having the same surface area as the solid polymer electrolyte membrane 20a and sandwiching the solid polymer electrolyte membrane 20a The electrode 24a and the cathode side electrode 22a are provided.

電解質膜・電極構造体６２の四隅には、固体高分子電解質膜２０ａを挟んでカソード側電極２２ａ及びアノード側電極２４ａを一体に貫通する第１供給孔部２８ａ、第１排出孔部２８ｂ、第２供給孔部３０ａ及び第２排出孔部３０ｂが形成される。   At the four corners of the electrolyte membrane / electrode structure 62, a first supply hole portion 28a, a first discharge hole portion 28b, and a first discharge hole portion 28b that integrally penetrate the cathode side electrode 22a and the anode side electrode 24a with the solid polymer electrolyte membrane 20a interposed therebetween. 2 The supply hole 30a and the second discharge hole 30b are formed.

このように構成される第４の実施形態では、上記の第１〜第３の実施形態と同様の効果が得られる。   In the fourth embodiment configured as described above, the same effect as in the first to third embodiments can be obtained.

図１０は、本発明の第５の実施形態に係る燃料電池を構成する発電セル６４の分解斜視説明図である。   FIG. 10 is an exploded perspective view of the power generation cell 64 constituting the fuel cell according to the fifth embodiment of the present invention.

発電セル６４は、第１セパレータ１６及び第２セパレータ１８に挟持される電解質膜・電極構造体６６を備える。電解質膜・電極構造体６６は、固体高分子電解質膜２０ａとカソード側電極２２ａとが同一面積に設定されるとともに、アノード側電極２４ｂが小さな表面積に設定される、所謂、段差ＭＥＡを構成している。   The power generation cell 64 includes an electrolyte membrane / electrode structure 66 sandwiched between the first separator 16 and the second separator 18. The electrolyte membrane / electrode structure 66 constitutes a so-called step MEA in which the solid polymer electrolyte membrane 20a and the cathode side electrode 22a are set to have the same area, and the anode side electrode 24b is set to have a small surface area. Yes.

固体高分子電解質膜２０ａ及びカソード側電極２２ａには、第１供給孔部２８ａ、第１排出孔部２８ｂ、第２供給孔部３０ａ及び第２排出孔部３０ｂが形成される。これにより、第５の実施形態では、上記の第１〜第４の実施形態と同様の効果が得られる。   A first supply hole 28a, a first discharge hole 28b, a second supply hole 30a, and a second discharge hole 30b are formed in the solid polymer electrolyte membrane 20a and the cathode-side electrode 22a. Thereby, in 5th Embodiment, the effect similar to said 1st-4th embodiment is acquired.

図１１は、本発明の第６の実施形態に係る燃料電池７０を構成する発電セル７２の分解斜視説明図であり、この燃料電池７０は、複数の発電セル７２を積層している。図１２は、燃料電池７０の、図１１中、ＸＩＩ−ＸＩＩ線断面図であり、図１３は、前記燃料電池７０の、図１１中、ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線断面図である。   FIG. 11 is an exploded perspective view of a power generation cell 72 constituting a fuel cell 70 according to a sixth embodiment of the present invention. The fuel cell 70 has a plurality of power generation cells 72 stacked thereon. 12 is a cross-sectional view of the fuel cell 70 taken along line XII-XII in FIG. 11, and FIG. 13 is a cross-sectional view of the fuel cell 70 taken along line XIII-XIII in FIG.

発電セル７２は、電解質膜・電極構造体７４を第１セパレータ７６及び第２セパレータ７８で挟持する。電解質膜・電極構造体７４は、固体高分子電解質膜２０ｂをカソード側電極２２及びアノード側電極２４で挟持するとともに、前記固体高分子電解質膜２０ｂは、第１セパレータ７６及び第２セパレータ７８と略同一寸法に設定される。   In the power generation cell 72, the electrolyte membrane / electrode structure 74 is sandwiched between the first separator 76 and the second separator 78. The electrolyte membrane / electrode structure 74 sandwiches the solid polymer electrolyte membrane 20b between the cathode side electrode 22 and the anode side electrode 24, and the solid polymer electrolyte membrane 20b is substantially the same as the first separator 76 and the second separator 78. Set to the same dimensions.

固体高分子電解質膜２０ｂには、カソード側電極２２及びアノード側電極２４の外方に位置して第１供給孔部２８ａ、第１排出孔部２８ｂ、第２供給孔部３０ａ及び第２排出孔部３０ｂが形成される。   The solid polymer electrolyte membrane 20b includes a first supply hole 28a, a first discharge hole 28b, a second supply hole 30a, and a second discharge hole that are located outside the cathode side electrode 22 and the anode side electrode 24. Part 30b is formed.

第１セパレータ７６の電解質膜・電極構造体７４に向かう面７６ａには、酸化剤ガス流路３８を周回してシール部材４０が設けられる。面７６ａには、シール部材４０を介して第１供給孔部２８ａ及び第１排出孔部２８ｂにそれぞれ積層方向に連通する入口連通部４２ａ及び出口連通部４２ｂが形成される。   A seal member 40 is provided on a surface 76 a of the first separator 76 facing the electrolyte membrane / electrode structure 74 so as to go around the oxidant gas flow path 38. The surface 76a is formed with an inlet communication portion 42a and an outlet communication portion 42b that communicate with the first supply hole portion 28a and the first discharge hole portion 28b through the seal member 40 in the stacking direction, respectively.

図１４に示すように、第２セパレータ７８の電解質膜・電極構造体７４に向かう面７８ａには、燃料ガス流路４８が形成され、この燃料ガス流路４８は、シール部材５０により周回される。面７８ａには、シール部材５０を設けることにより第２供給孔部３０ａ及び第２排出孔部３０ｂにそれぞれ積層方向に沿って連通する入口連通部５４ａ及び出口連通部５４ｂが形成される。   As shown in FIG. 14, a fuel gas channel 48 is formed on a surface 78 a of the second separator 78 facing the electrolyte membrane / electrode structure 74, and this fuel gas channel 48 is circulated by the seal member 50. . By providing the seal member 50 on the surface 78a, an inlet communication portion 54a and an outlet communication portion 54b are formed which communicate with the second supply hole portion 30a and the second discharge hole portion 30b, respectively, in the stacking direction.

このように構成される第６の実施形態では、上記の第１の実施形態と同様に、燃料ガス入口連通孔３２ａに供給された燃料ガスは、第１セパレータ７６の入口連通部４２ａに導入された後、これに積層方向に沿って連通する第１供給孔部２８ａを通ってカソード側電極２２側からアノード側電極２４側に移動し、第２セパレータ７８の燃料ガス流路４８に供給される（図１２参照）。   In the sixth embodiment configured as described above, the fuel gas supplied to the fuel gas inlet communication hole 32a is introduced into the inlet communication portion 42a of the first separator 76, as in the first embodiment. After that, it moves from the cathode side electrode 22 side to the anode side electrode 24 side through the first supply hole portion 28a communicating with this in the stacking direction, and is supplied to the fuel gas channel 48 of the second separator 78. (See FIG. 12).

一方、酸化剤ガス入口連通孔３６ａに供給された酸化剤ガスは、第２セパレータ７８に設けられている入口連通部５４ａに導入された後、これに積層方向に沿って連通する第２供給孔部３０ａを通ってアノード側電極２４側からカソード側電極２２側に移動し、酸化剤ガス流路３８に供給される（図１３参照）。   On the other hand, the oxidant gas supplied to the oxidant gas inlet communication hole 36a is introduced into the inlet communication part 54a provided in the second separator 78, and then communicates with the second supply hole along the stacking direction. It moves from the anode side electrode 24 side to the cathode side electrode 22 side through the part 30a and is supplied to the oxidant gas flow path 38 (see FIG. 13).

これにより、第６の実施形態では、固体高分子電解質膜２０ｂに第１供給孔部２８ａ、第１排出孔部２８ｂ、第２供給孔部３０ａ及び第２排出孔部３０ｂを形成するだけでよく、第１セパレータ７６及び第２セパレータ７８には、孔部形成処理が不要になる。従って、この第６の実施形態では、上記の第１〜第５の実施形態と同様の効果が得られる。   Accordingly, in the sixth embodiment, it is only necessary to form the first supply hole 28a, the first discharge hole 28b, the second supply hole 30a, and the second discharge hole 30b in the solid polymer electrolyte membrane 20b. The first separator 76 and the second separator 78 do not require a hole forming process. Therefore, in the sixth embodiment, the same effect as in the first to fifth embodiments can be obtained.

図１５は、本発明の第７の実施形態に係る燃料電池８０を構成する発電セル８２の分解斜視説明図であり、図１６は、前記燃料電池８０の、図１５中、ＸＶＩ−ＸＶＩ線断面図であり、図１７は、前記燃料電池８０の、図１５中、ＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線断面図である。   15 is an exploded perspective view of a power generation cell 82 constituting a fuel cell 80 according to a seventh embodiment of the present invention. FIG. 16 is a cross-sectional view of the fuel cell 80 taken along line XVI-XVI in FIG. FIG. 17 is a cross-sectional view of the fuel cell 80 taken along the line XVII-XVII in FIG.

発電セル８２は、電解質膜・電極構造体８４を第１セパレータ８６及び第２セパレータ８８で挟持するとともに、前記電解質膜・電極構造体８４は、カソード側電極２２及びアノード側電極２４に挟持される。固体高分子電解質膜２０ｂの一方の面には、アノード側電極２４を周回して樹脂含浸による樹脂枠部９０が構成される。   In the power generation cell 82, the electrolyte membrane / electrode structure 84 is sandwiched between the first separator 86 and the second separator 88, and the electrolyte membrane / electrode structure 84 is sandwiched between the cathode side electrode 22 and the anode side electrode 24. . On one surface of the solid polymer electrolyte membrane 20b, a resin frame portion 90 is formed by surrounding the anode side electrode 24 and impregnating the resin.

なお、樹脂枠部９０は、固体高分子電解質膜２０ｂに直接樹脂含浸されていてもよく、あるいは、ガス拡散層を構成するカーボンペーパに樹脂含浸されていてもよい。   The resin frame portion 90 may be directly impregnated with the solid polymer electrolyte membrane 20b, or may be impregnated with carbon paper constituting the gas diffusion layer.

図１８に示すように、電解質膜・電極構造体８４のカソード側電極２２側の面には、シール部材９２が設けられる。このシール部材９２は、燃料ガス入口連通孔３２ａを第１供給孔部２８ａに連通させる入口連通部４２ａと、燃料ガス出口連通孔３２ｂを第１排出孔部２８ｂに連通させる出口連通部４２ｂとを形成する。   As shown in FIG. 18, a seal member 92 is provided on the surface of the electrolyte membrane / electrode structure 84 on the cathode side electrode 22 side. The seal member 92 includes an inlet communication portion 42a for communicating the fuel gas inlet communication hole 32a with the first supply hole portion 28a, and an outlet communication portion 42b for communicating the fuel gas outlet communication hole 32b with the first discharge hole portion 28b. Form.

図１５に示すように、電解質膜・電極構造体８４のアノード側電極２４側の面には、シール部材９４が設けられる。このシール部材９４は、酸化剤ガス入口連通孔３６ａを第２供給孔部３０ａに連通する入口連通部５４ａと、酸化剤ガス出口連通孔３６ｂを第２排出孔部３０ｂに連通する出口連通部５４ｂとを形成する。   As shown in FIG. 15, a seal member 94 is provided on the surface of the electrolyte membrane / electrode structure 84 on the anode side electrode 24 side. The seal member 94 includes an inlet communication portion 54a that connects the oxidant gas inlet communication hole 36a to the second supply hole portion 30a, and an outlet communication portion 54b that connects the oxidant gas outlet communication hole 36b to the second discharge hole portion 30b. And form.

このように構成される発電セル８２では、燃料ガス入口連通孔３２ａに供給された燃料ガスは、電解質膜・電極構造体８４に形成された入口連通部４２ａに導入された後、第１供給孔部２８ａを通ってアノード側電極２４側に移動し、第２セパレータ８８の燃料ガス流路４８に供給される（図１６参照）。   In the power generation cell 82 configured as described above, the fuel gas supplied to the fuel gas inlet communication hole 32a is introduced into the inlet communication part 42a formed in the electrolyte membrane / electrode structure 84 and then the first supply hole. It moves to the anode side electrode 24 side through the part 28a and is supplied to the fuel gas flow path 48 of the second separator 88 (see FIG. 16).

一方、酸化剤ガス入口連通孔３６ａに供給された酸化剤ガスは、電解質膜・電極構造体８４に形成された入口連通部５４ａに導入された後、第２供給孔部３０ａを通ってカソード側電極２２側に移動し、第１セパレータ８６に設けられている酸化剤ガス流路３８に供給される（図１７参照）。   On the other hand, the oxidant gas supplied to the oxidant gas inlet communication hole 36a is introduced into the inlet communication part 54a formed in the electrolyte membrane / electrode structure 84, and then passes through the second supply hole part 30a to the cathode side. It moves to the electrode 22 side and is supplied to the oxidant gas flow path 38 provided in the first separator 86 (see FIG. 17).

これにより、第７の実施形態では、上記の第１〜第６の実施形態と同様の効果が得られる。さらに、電解質膜・電極構造体８４の両面には、シール部材９２、９４を設けている。これにより、第１セパレータ８６及び第２セパレータ８８は、シール材成形作業が一挙に簡素化し、前記第１セパレータ８６及び前記第２セパレータ８８を一層経済的に製造することができるという効果がある。   Thereby, in 7th Embodiment, the effect similar to said 1st-6th embodiment is acquired. Further, seal members 92 and 94 are provided on both surfaces of the electrolyte membrane / electrode structure 84. Thereby, the first separator 86 and the second separator 88 have an effect that the sealing material molding operation is simplified at a stroke, and the first separator 86 and the second separator 88 can be manufactured more economically.

図１９は、本発明の第８の実施形態に係る燃料電池１００の分解斜視説明図である。図２０は、燃料電池１００の、図１９中、ＸＸ−ＸＸ線断面図であり、図２１は、前記燃料電池１００の、図１９中、ＸＸＩ−ＸＸＩ線断面図である。   FIG. 19 is an exploded perspective view of the fuel cell 100 according to the eighth embodiment of the present invention. 20 is a cross-sectional view of the fuel cell 100 taken along line XX-XX in FIG. 19, and FIG. 21 is a cross-sectional view of the fuel cell 100 taken along line XXI-XXI in FIG.

燃料電池１００は、第１セパレータ１６と第２セパレータ１８との間に、第３セパレータ１０２を挟んだ２枚の電解質膜・電極構造体１４が積層されて構成される。第３セパレータ１０２は、第１セパレータ１６に向かう面に燃料ガス流路４８が形成されるとともに、第２セパレータ１８に向かう面に酸化剤ガス流路３８が形成される。   The fuel cell 100 is configured by laminating two electrolyte membrane / electrode structures 14 with a third separator 102 sandwiched between a first separator 16 and a second separator 18. The third separator 102 has a fuel gas channel 48 formed on the surface facing the first separator 16 and an oxidant gas channel 38 formed on the surface facing the second separator 18.

燃料電池１００は、第１セパレータ１６から第２セパレータ１８を積層したユニットを構成し、このユニットを矢印Ａ方向に積層している。この燃料電池１００では、各電解質膜・電極構造体１４間には、一つおきに冷却媒体流路４４が設けられる、所謂、間引き冷却構造を採用する。   The fuel cell 100 constitutes a unit in which the first separator 16 to the second separator 18 are stacked, and the units are stacked in the direction of arrow A. This fuel cell 100 employs a so-called thinning cooling structure in which every other cooling medium channel 44 is provided between each electrolyte membrane / electrode structure 14.

このように構成される燃料電池１００では、燃料ガス入口連通孔３２ａに供給された燃料ガスは、第１セパレータ１６の入口連通部４２ａ及び第３セパレータ１０２の入口連通部４２ａに導入される。そして、燃料ガスは、それぞれの電解質膜・電極構造体１４に設けられた第１供給孔部２８ａを通って第３セパレータ１０２及び第２セパレータ１８の各燃料ガス流路４８に供給される。   In the fuel cell 100 configured as described above, the fuel gas supplied to the fuel gas inlet communication hole 32 a is introduced into the inlet communication portion 42 a of the first separator 16 and the inlet communication portion 42 a of the third separator 102. Then, the fuel gas is supplied to the fuel gas flow paths 48 of the third separator 102 and the second separator 18 through the first supply holes 28 a provided in the respective electrolyte membrane / electrode structures 14.

一方、酸化剤ガス入口連通孔３６ａに供給された酸化剤ガスは、第２セパレータ１８及び第３セパレータ１０２の各入口連通部５４ａを通った後、各電解質膜・電極構造体１４の第２供給孔部３０ａからそれぞれ前記第３セパレータ１０２及び第１セパレータ１６の各酸化剤ガス流路３８に供給される。   On the other hand, the oxidant gas supplied to the oxidant gas inlet communication hole 36 a passes through the inlet communication portions 54 a of the second separator 18 and the third separator 102, and then the second supply of each electrolyte membrane / electrode structure 14. The holes 30a are supplied to the oxidant gas passages 38 of the third separator 102 and the first separator 16, respectively.

これにより、第８の実施形態では、上記の第１〜第７の実施形態と同様の効果が得られる他、冷却媒体流路４４を間引くことができ、燃料電池１００全体の小型化が一層容易に図られるという利点がある。   Thereby, in the eighth embodiment, the same effects as those of the first to seventh embodiments can be obtained, and the cooling medium flow path 44 can be thinned out, so that the entire fuel cell 100 can be further reduced in size. There is an advantage of being planned.

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池を構成する発電セルの分解斜視説明図である。It is a disassembled perspective explanatory drawing of the electric power generation cell which comprises the fuel cell which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 前記燃料電池の、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面説明図である。FIG. 2 is a sectional view of the fuel cell taken along line II-II in FIG. 1. 前記燃料電池の、図１中、ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面説明図である。FIG. 3 is a cross-sectional explanatory view of the fuel cell taken along line III-III in FIG. 1. 前記燃料電池の、図１中、ＩＶ−ＩＶ線断面説明図である。FIG. 4 is a cross-sectional explanatory view of the fuel cell taken along line IV-IV in FIG. 1. 前記発電セルを構成する第１セパレータの正面説明図である。It is front explanatory drawing of the 1st separator which comprises the said electric power generation cell. 前記発電セルを構成する第２セパレータの正面説明図である。It is front explanatory drawing of the 2nd separator which comprises the said electric power generation cell. 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を構成する電解質膜・電極構造体の正面説明図である。It is front explanatory drawing of the electrolyte membrane and electrode structure which comprises the fuel cell which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施形態に係る燃料電池を構成する電解質膜・電極構造体の正面説明図である。It is front explanatory drawing of the electrolyte membrane and electrode structure which comprises the fuel cell which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第４の実施形態に係る燃料電池を構成する発電セルの分解斜視説明図である。It is a disassembled perspective explanatory drawing of the electric power generation cell which comprises the fuel cell which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第５の実施形態に係る燃料電池を構成する発電セルの分解斜視説明図である。It is a disassembled perspective explanatory drawing of the electric power generation cell which comprises the fuel cell which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第６の実施形態に係る燃料電池を構成する発電セルの分解斜視説明図である。It is a disassembled perspective explanatory drawing of the electric power generation cell which comprises the fuel battery | cell which concerns on the 6th Embodiment of this invention. 前記燃料電池の、図１１中、ＸＩＩ−ＸＩＩ線断面説明図である。FIG. 12 is a cross-sectional explanatory view of the fuel cell, taken along line XII-XII in FIG. 11. 前記燃料電池の、図１１中、ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線断面説明図である。FIG. 12 is a cross-sectional explanatory view of the fuel cell taken along line XIII-XIII in FIG. 11. 前記燃料電池を構成する第２セパレータの正面説明図である。It is front explanatory drawing of the 2nd separator which comprises the said fuel cell. 本発明の第７の実施形態に係る燃料電池を構成する発電セルの分解斜視説明図である。It is a disassembled perspective explanatory drawing of the electric power generation cell which comprises the fuel cell which concerns on the 7th Embodiment of this invention. 前記燃料電池の、図１５中、ＸＶＩ−ＸＶＩ線断面図である。FIG. 16 is a cross-sectional view of the fuel cell taken along line XVI-XVI in FIG. 15. 前記燃料電池の、図１５中、ＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線断面図である。It is the XVII-XVII sectional view taken on the line of the said fuel cell in FIG. 前記燃料電池を構成する電解質膜・電極構造体の正面説明図である。It is front explanatory drawing of the electrolyte membrane and electrode structure which comprises the said fuel cell. 本発明の第８の実施形態に係る燃料電池の分解斜視説明図である。It is a disassembled perspective explanatory drawing of the fuel cell which concerns on the 8th Embodiment of this invention. 前記燃料電池の、図１９中、ＸＸ−ＸＸ線断面図である。FIG. 20 is a cross-sectional view of the fuel cell taken along line XX-XX in FIG. 19. 前記燃料電池の、図１９中、ＸＸＩ−ＸＸＩ線断面図である。FIG. 20 is a cross-sectional view of the fuel cell, taken along line XXI-XXI in FIG. 19. 特許文献１のプロセス制御装置の説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram of a process control device of Patent Document 1.

符号の説明Explanation of symbols

１０、７０、８０、１００…燃料電池 １２、６０、６４、７２、８２…発電セル
１４、１４ａ、１４ｂ、６２、６６、７４、８４…電解質膜・電極構造体
１６、１８、７６、７８、８６、８８、１０２…セパレータ
２０、２０ａ、２０ｂ…固体高分子電解質膜
２２…カソード側電極 ２４…アノード側電極
２６、２６ａ〜２６ｆ、９０…樹脂枠部 ２８ａ、３０ａ…供給孔部
２８ｂ、３０ｂ…排出孔部 ３２ａ…燃料ガス入口連通孔
３２ｂ…燃料ガス出口連通孔 ３４ａ…冷却媒体入口連通孔
３４ｂ…冷却媒体出口連通孔 ３６ａ…酸化剤ガス入口連通孔
３６ｂ…酸化剤ガス出口連通孔 ３８…酸化剤ガス流路
４０ａ、５０ａ…内側シール部材 ４０ｂ、５０ｂ…外側シール部材
４２ａ、５４ａ…入口連通部 ４２ｂ、５４ｂ…出口連通部
４４…冷却媒体流路 ４０、４６、５０、９２、９４…シール部材
４８…燃料ガス流路 10, 70, 80, 100 ... Fuel cell 12, 60, 64, 72, 82 ... Power generation cell 14, 14a, 14b, 62, 66, 74, 84 ... Electrolyte membrane / electrode structure 16, 18, 76, 78, 86, 88, 102 ... Separator 20, 20a, 20b ... Solid polymer electrolyte membrane 22 ... Cathode side electrode 24 ... Anode side electrodes 26, 26a-26f, 90 ... Resin frame part 28a, 30a ... Supply hole part 28b, 30b ... Discharge hole portion 32a ... fuel gas inlet communication hole 32b ... fuel gas outlet communication hole 34a ... cooling medium inlet communication hole 34b ... cooling medium outlet communication hole 36a ... oxidant gas inlet communication hole 36b ... oxidant gas outlet communication hole 38 ... oxidation Agent gas flow paths 40a, 50a ... inner seal members 40b, 50b ... outer seal members 42a, 54a ... inlet communication portions 42b, 54b ... outlet communication portions 44 ... cooling medium Passage 40,46,50,92,94 ... seal member 48 ... fuel gas flow

Claims (4)

電解質の両側に電極を配設した電解質・電極構造体を一対のセパレータで挟持するとともに、前記電解質・電極構造体と前記セパレータとの間に設けられ、電極面方向に沿って延在する反応ガス流路と、該セパレータを積層方向に貫通して反応ガスを流す反応ガス連通孔とを設ける燃料電池であって、
前記電解質・電極構造体には、前記積層方向に貫通し前記反応ガス連通孔と前記反応ガス流路とを連通する孔部が前記反応ガス連通孔とは異なった位置に形成されることを特徴とする燃料電池。 A reaction gas that is sandwiched between a pair of separators and has an electrolyte / electrode structure in which electrodes are arranged on both sides of the electrolyte, and that extends along the electrode surface direction between the electrolyte / electrode structure and the separator. A fuel cell provided with a flow path and a reaction gas communication hole through which the reaction gas flows through the separator in the stacking direction,
In the electrolyte / electrode structure, a hole that penetrates in the stacking direction and communicates the reaction gas communication hole and the reaction gas channel is formed at a position different from the reaction gas communication hole. A fuel cell. 請求項１記載の燃料電池において、前記孔部は、前記電解質・電極構造体の電極発電領域外に設けられることを特徴とする燃料電池。   2. The fuel cell according to claim 1, wherein the hole is provided outside an electrode power generation region of the electrolyte / electrode structure. 電解質の両側にアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質・電極構造体を第１セパレータ及び第２セパレータで挟持するとともに、前記アノード側電極の電極面方向に沿って延在する燃料ガス流路と、前記カソード側電極の電極面方向に沿って延在する酸化剤ガス流路と、積層方向に貫通して燃料ガスを流す燃料ガス連通孔と、前記積層方向に貫通して酸化剤ガスを流す酸化剤ガス連通孔とを設ける燃料電池であって、
前記電解質・電極構造体には、前記燃料ガス連通孔とは異なった位置に形成され、前記積層方向に貫通し前記燃料ガス連通孔を前記カソード側電極側から前記燃料ガス流路に連通する第１孔部と、
前記酸化剤ガス連通孔とは異なった位置に形成され、前記積層方向に貫通し前記酸化剤ガス連通孔を前記アノード側電極側から前記酸化剤ガス流路に連通する第２孔部と、
が形成されることを特徴とする燃料電池。 An electrolyte / electrode structure in which an anode electrode and a cathode electrode are disposed on both sides of an electrolyte is sandwiched between a first separator and a second separator, and a fuel gas flow extending along the electrode surface direction of the anode electrode A path, an oxidant gas passage extending along the electrode surface direction of the cathode side electrode, a fuel gas communication hole through which fuel gas flows in the stacking direction, and an oxidant gas penetrating in the stacking direction A fuel cell provided with an oxidant gas communication hole for flowing gas,
The electrolyte / electrode structure is formed at a position different from the fuel gas communication hole, penetrates in the stacking direction, and communicates the fuel gas communication hole from the cathode side electrode side to the fuel gas flow path. One hole,
A second hole formed at a position different from the oxidant gas communication hole , penetrating in the stacking direction and communicating the oxidant gas communication hole from the anode side electrode side to the oxidant gas flow path;
A fuel cell characterized in that is formed. 請求項３記載の燃料電池において、前記第１孔部及び前記第２孔部は、前記電解質・電極構造体の電極発電領域外に設けられることを特徴とする燃料電池。   4. The fuel cell according to claim 3, wherein the first hole and the second hole are provided outside an electrode power generation region of the electrolyte / electrode structure.
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